CS267989B1

CS267989B1 - Inductive angle sensor

Info

Publication number: CS267989B1
Application number: CS884710A
Authority: CS
Inventors: Vojtech Ing Prchlik; Jaroslav Prochazka; Zdenek Ing Csc Vavra; Vladimir Ing Csc Vurm
Original assignee: Prchlik Vojtech; Jaroslav Prochazka; Vavra Zdenek; Vurm Vladimir
Priority date: 1988-06-30
Filing date: 1988-06-30
Publication date: 1990-02-12
Also published as: CS471088A1

Abstract

Řešení spočívá v tom, že rotorový prstenec a statorový prstenec mají válcový tvar, stejnou sirku a jsou souosé. Statorový prstenec je opatřen prvním a druhým statorovým vinutím, rotorový prstenec je opatřfen prvním a druhým rotorovým vinutím. Vinutí jsou provedena jako fibiláraí toroidní cívky se stejnou roztečí vodičů. Vývody prvního a druhého rotorového vinutí jsou propojeny sériově něho paralelně, a připojeny na vstupy rotorové cívky rotačního transformátoru.The solution consists in the fact that the rotor ring and the stator ring have a cylindrical shape, the same width and are coaxial. The stator ring is provided with a first and a second stator winding, the rotor ring is provided with a first and a second rotor winding. The windings are made as fibrillar toroidal coils with the same conductor pitch. The terminals of the first and second rotor winding are connected in series or in parallel, and connected to the inputs of the rotor coil of the rotary transformer.

Description

Vynález se týká induktivního snímače úhlového natočení.The invention relates to an inductive angular rotation sensor.

Pro zajlšíování úhlového natočení se užívá rotačních snímačů. Velmi často se užívá snímačů pracujících na induktivním principu, které poskytují informaci o poloze v tzv. resolverovém formátu, tj. pomocí dvou střídavých napětí, kdy amplituda tohoto napětí se mění v závislosti na úhlu natočení podle sinusové a podle kosinusové závislosti. Snímače tohoto typu se v široké míře užívají v podobě tzv. resolverů, tj. snímačů, jejichž vinutí je uloženo v drážkách z magneticky měkkého materiálu a v podobě tzv. kruhových induktosynů, u nichž je vinutí uspořádáno ve formě plošného spoje na čelní ploše kruhové desky.Rotary encoders are used to improve the angular rotation. Sensors working on the inductive principle are very often used, which provide position information in the so-called resolver format, ie using two alternating voltages, where the amplitude of this voltage varies depending on the angle of rotation according to sine and cosine dependence. Sensors of this type are widely used in the form of so-called resolvers, ie sensors whose winding is mounted in grooves made of magnetically soft material and in the form of so-called circular inductors, in which the winding is arranged in the form of a printed circuit board .

Nevýhodou resolverů je jejich malá přesnost a velká technologická náročnost z důvodu vysokých požadovaných přesností výroby jeho dílců, které svým charakterem navíc vyžadují zcela speciální technologickou výbavu. Nevýhodou induktosynů je okolnost, že ke správné činnosti vyžadují, aby mezi čelními plochami kruhových desek - rotor a stator, na kterých je uspořádáno plošné vinutí, byla velmi malá mezera cca 0,05 mm, což přináší komplikace při montáži a klade velké nároky na přesnost uložení rotující části. Navíc, podobně jako u resolverů, vyžaduje výroba zcela speciální technologické postupy.The disadvantage of resolvers is their low accuracy and high technological complexity due to the high required accuracy of production of its components, which by their nature also require very special technological equipment. The disadvantage of inductants is the fact that for proper operation they require that there is a very small gap of about 0.05 mm between the end faces of the circular plates - rotor and stator, on which the surface winding is arranged, which brings complications during assembly and places great demands on accuracy. storing the rotating part. In addition, as with resolvers, production requires very special technological processes.

Mnohé z uvedených nevýhod odstraňuje uspořádání snímače podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že rotorový prstenec a statorový prstenec mají válcový tvar, stejnou šířku a jsou souosé. Statorový prstenec je opatřen prvním statorovým vinutím a druhým statorovým vinutím, která jsou provedena jako bifilámí toroidní cívky se stejnou roztečí vodičů. Vodiče cívek jsou uloženy v drážkách s konstantní roztečí a rotorový prstenec je opatřen prvním a druhým rotorovým vinutím, která jsou provedena jako blfilární toroidní cívky se stejnou roztečí vodičů. Vodiče cívek jsou uloženy v drážkách, které jsou po obvodě rozmístěny pravidelně, přičemž drážky druhého rotorového vinutí jsou oproti drážkám prvního rotorového vinutí posunuty. Vývody prvního rotorového vinutí a druhého rotorového vinutí jsou propojeny sériově nebo paralelně a připojeny na vstupy rotorové cívky rotačního transformátoru. Blfilární toroidní cívky mohou být jednovrstvé nebo vícevrstvé.Many of these disadvantages are eliminated by the sensor arrangement according to the invention, the essence of which consists in that the rotor ring and the stator ring have a cylindrical shape, the same width and are coaxial. The stator ring is provided with a first stator winding and a second stator winding, which are designed as bifilar toroidal coils with the same conductor spacing. The conductors of the coils are housed in grooves with a constant pitch and the rotor ring is provided with first and second rotor windings, which are designed as bifilar toroidal coils with the same pitch of conductors. The coil conductors are housed in grooves which are regularly spaced circumferentially, the grooves of the second rotor winding being offset from the grooves of the first rotor winding. The terminals of the first rotor winding and the second rotor winding are connected in series or in parallel and connected to the inputs of the rotor coil of the rotary transformer. Biliary toroidal coils can be single-layer or multi-layer.

Výhodou induktivního snímače podle vynálezu je, že umožňuje dosáhnout vysoké přesnosti informace o poloze při relativně jednoduché výrobě, která nevyžaduje žádné speciální technologické postupy, ani náročné a specializované výrobní vybavení. Oproti induktosynů usnadňuje zabudování a montáž do zařízení tím, že nevyžaduje přesné axiální ustavení rotoru proti statoru, a to zejména u aplikací, které např. z důvodu teplotní dilatace nedovolují axiální polohu rotoru vůči statoru přesně zajistit.The advantage of the inductive sensor according to the invention is that it makes it possible to achieve high accuracy of position information in relatively simple production, which does not require any special technological procedures or demanding and specialized production equipment. In contrast to inductosyns, it simplifies installation and assembly in devices by not requiring precise axial positioning of the rotor against the stator, especially in applications which, for example due to thermal expansion, do not allow the axial position of the rotor relative to the stator to be precisely secured.

Na přiloženém výkrese je schéma induktivního snímače podle vynálezu s jednovrstvými bifilárnímitoroidními cívkami.The accompanying drawing is a diagram of an inductive sensor according to the invention with single-layer bifilar monitoroid coils.

Snímač se skládá z rotorového prstence £ a statorového prstence 2, které mají tvar válcový, mají stejnou šířku a jsou souosé. Statorový prstenec 2 je opatřen prvním statorovým vinutím £ a druhým statorovým vinutím £, která jsou provedena jako blfilární toroidní jednovrstvé cívky. Vodiče jsou uloženy v drážkách, které mají konstantní rozteč. Na rotorovém prstenci £ je navinuto první rotorové vinutí 2 ^a druhé rotorové vinutí 6 jako blfilární toroidní jednovrstvé cívky v drážkách, které jsou po obvodě rozmístěny pravidelně, ne však rovnoměrně, protože drážky druhého rotorového vinutí 6 jsou oproti prvnímu rotorovému vinutí 2 posunuty. Počet závitu všech bifilárních toroidních cívek je stejný. Vývody prvního rotorového vinutí 5 a druhého rotorového vinutí 6 jsou spojeny sériově nebo paralelně a připojeny na vstupy rotorové cívky rotačního transformátoru 7.The sensor consists of a rotor ring 6 and a stator ring 2, which have a cylindrical shape, have the same width and are coaxial. The stator ring 2 is provided with a first stator winding 6 and a second stator winding 6, which are designed as bifilar toroidal single-layer coils. The conductors are housed in grooves that have a constant pitch. ^{The first rotor winding 2 and the} second rotor winding 6 are wound on the rotor ring 6 as bifilar toroidal single-layer coils in grooves which are regularly but not evenly distributed around the circumference because the grooves of the second rotor winding 6 are offset from the first rotor winding 2. The number of turns of all bifilar toroidal coils is the same. The terminals of the first rotor winding 5 and the second rotor winding 6 are connected in series or in parallel and connected to the inputs of the rotor coil of the rotary transformer 7.

Při zapojení jako resolver je statorová cívka rotačního transformátoru 7 napájena střídavým proudem, přičemž střídavý proud sekundárního vinutí rotačního transformátoru 7 prochází prvním rotorovým vinutím 5 a druhým rotorovým vinutím 6. V prvním statorovém vinutí 4 se přitom indikují střídavá napětí, jejichž amplituda závisí na úhlovém natočení rotora proti statoru a to tak, že v prvním statorovém vinutí 2 ^seamplituda mění periodicky podle sinusové závislosti, v druhém statorovém vinutí 4 periodicky podle kosinusové závislosti na úhlu natočení rotorového prstence 2 proti statorovému prstenci 2. Počet priod těchto změn je dán počtem závitů bifilárních toroidních cívek. Z těchto napětí se v neznázorněném elektronickém vyhodnocovacím obvodu vyhodnotí úhel natočení rotoru. Při zapojení jako fázový měnič se první statorové vinutí 2 ^a druhé statorové vinutí 2 napájí střídavými proudy, které mají stejnou frekvenci a amplitudu, ale jsou vůči sobě posunuty o 90° elektrických. Přitom se v prvním rotorovém vinutí 2 a druhém rotorovém vinutí 6 indikují střídavé proudy, které protékají rovněž primárním vinutím rotačního transformátoru 7, přičemž se v sekundárním vinutí tohoto transformátoru Indikuje střídavé napětí, které má konstantní amplitudu, ale jeho fáze se vůči střídavému napětí, kterými se napájí první statorové vinutí 2 nebo druhé statorové vinutí £ posouvá, přičemž fázový posuv je přímo úměrný úhlovému natočení rotorového prstence 2 vůči statorovému prstenci 2. Tento fázový posuv je vyhodnocen v neznázorněném elektronickém obvodu.When connected as a resolver, the stator coil of the rotary transformer 7 is supplied with alternating current, the alternating current of the secondary winding of the rotary transformer 7 passing through the first rotor winding 5 and the second rotor winding 6. In the first stator winding 4 rotor against the stator in such a way that in the first stator winding 2 ^the amplitude changes periodically according to the sinusoidal dependence, in the second stator winding 4 periodically according to the cosine dependence on the angle of rotation of the rotor ring 2 against the stator ring 2. toroidal coils. From these voltages, the angle of rotation of the rotor is evaluated in an electronic evaluation circuit (not shown). When connected as a phase converter, the first stator winding 2 ^{and the} second stator winding 2 are supplied with alternating currents which have the same frequency and amplitude, but are offset by 90 ° in relation to each other. In the first rotor winding 2 and the second rotor winding 6, alternating currents are indicated, which also flow through the primary winding of the rotary transformer 7, while an alternating voltage is indicated in the secondary winding of this transformer, the first stator winding 2 is supplied or the second stator winding 6 is shifted, the phase shift being directly proportional to the angular rotation of the rotor ring 2 relative to the stator ring 2. This phase shift is evaluated in an electronic circuit (not shown).

Využití přichází v úvahu u všech druhů obráběcích strojů, manipulátorů, robotů atd.Use is possible for all types of machine tools, manipulators, robots, etc.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Inductive angular rotation sensor, characterized in that the rotor ring (1) and the stator ring (2) have a cylindrical shape, the same width and are coaxial, the stator ring (2) being provided with a first stator winding (3) and a second stator winding (2). 4), which are designed as bifilar toroidal coils with the same spacing of conductors, the coil conductors being housed in grooves with a constant spacing, the rotor ring (1) being provided with a first rotor winding (5) and a second rotor winding (6), which are made as bifilar toroidal coils with the same conductor spacing, the coil conductors are arranged in grooves * which are regularly arranged circumferentially, the grooves of the second rotor winding (6) being offset from the grooves of the first rotor winding (5), the terminals of the first rotor winding (5) and of the second rotor winding (6) are connected in series or in parallel and connected to the inputs of the rotor coil of the rotary transformer (7).

2. The inductive sensor according to item 1, characterized in that the bifilar toroidal coils are single-layer.